A4.11 Kobling

NoteDet skal du kunne
  • forklare, hvorfor et signal kan være splittet op i flere linjer
  • bruge reglen om n + 1 til at finde antallet af nabo-hydrogenatomer
  • genkende singlet, dublet, triplet og kvartet
  • genkende ethylgruppen og andre typiske mønstre
  • forudsige opsplitningen for hvert signal i et simpelt molekyle

Ser man nøje på et NMR-spektrum, er mange signaler ikke én linje, men to, tre eller fire linjer tæt ved siden af hinanden. Det ligner en komplikation, men det er spektrets mest værdifulde oplysning: opsplitningen fortæller, hvad der sidder ved siden af en gruppe. Det er den, der gør det muligt at samle grupperne til en struktur.

Naboerne deler signalet

En hydrogenkerne er en lille magnet, som du så i afsnit A4.7. Den påvirker derfor hydrogenkernerne på nabocarbonatomet en lille smule. Peger naboen med feltet, mærker kernen et lidt stærkere felt. Peger naboen mod feltet, mærker den et lidt svagere felt. Signalet flytter sig en anelse til den ene eller den anden side.

I prøven er der milliarder af molekyler, og i halvdelen peger naboen den ene vej, i den anden halvdel den anden vej. Signalet bliver derfor delt i to. Det kaldes kobling, og resultatet kaldes signalets opsplitning.

Figur 1: Antallet af nabo-hydrogenatomer bestemmer opsplitningen.

Med to naboer er der fire kombinationer. To af dem, op-ned og ned-op, giver samme virkning, så den midterste linje bliver dobbelt så høj. Med tre naboer bliver mønstret 1 : 3 : 3 : 1.

Reglen om n + 1

Et signal fra hydrogenatomer med n nabo-hydrogenatomer splittes op i n + 1 linjer.

Nabo-hydrogenatomer Linjer Navn Højder
0 1 singlet
1 2 dublet 1 : 1
2 3 triplet 1 : 2 : 1
3 4 kvartet 1 : 3 : 3 : 1
4 5 kvintet
6 7 septet

Den anden vej bruges reglen, når man læser et spektrum: antallet af linjer minus 1 er antallet af nabo-hydrogenatomer. En triplet betyder 2 nabo-hydrogenatomer.

VigtigtOpsplitningen fortæller om naboerne

En triplet betyder ikke, at gruppen selv har tre hydrogenatomer. Den betyder, at nabocarbonatomet har to. Gruppens eget antal hydrogenatomer står i integralet.

Hvem er naboer?

Naboer er hydrogenatomer på et carbonatom, der sidder lige ved siden af gruppens eget carbonatom.

Kobler Kobler ikke
H på nabocarbonatomet: H−C−C−H H-atomer, der er ens, fx de tre H i en methylgruppe
H-atomer med et oxygenatom eller en C=O imellem: H−C−O−C−H og H−C−CO−C−H
H på et oxygenatom, −OH, som i reglen giver en bred singlet

Derfor var alle signalerne i afsnit A4.9 singletter. I methoxypropanon, CH3−CO−CH2−O−CH3, er de tre grupper adskilt af C=O og af O, så ingen af dem har nabo-hydrogenatomer.

Ethylgruppen

Den gruppe, du oftest møder, er ethylgruppen, CH3−CH2−.

Figur 2: Ethylgruppen giver en triplet og en kvartet.

Mønstret er let at kende, og der er flere af samme slags:

Mønster Gruppe
triplet med 3 H og kvartet med 2 H ethylgruppe, CH3−CH2−
dublet med 6 H og septet med 1 H isopropylgruppe, (CH3)2CH−
dublet med 3 H og kvartet med 1 H CH3−CH−
to tripletter med 2 H hver −CH2−CH2−
singlet med 3 H methylgruppe uden nabo-H, fx CH3−CO− eller CH3−O−
singlet med 9 H tre ens methylgrupper, (CH3)3C−

Et helt spektrum

Figur 3: NMR-spektret af ethylethanoat. Over hvert opsplittet signal er der en forstørrelse.
Signal δ i ppm Integral Opsplitning Nabo-H Gruppe
A 1,26 3 H triplet 2 CH3 ved siden af CH2
B 2,04 3 H singlet 0 CH3 ved siden af C=O
C 4,12 2 H kvartet 3 CH2 på oxygenatomet, ved siden af CH3

Signal A og signal C er en triplet med 3 H og en kvartet med 2 H. Det er en ethylgruppe. Kvartetten ligger ved 4,12 ppm, så ethylgruppens CH2 sidder på et oxygenatom i en estergruppe. Signal B er en methylgruppe uden naboer ved siden af C=O.

Nu passer alle fire oplysninger sammen: tre signaler, de rigtige kemiske skift, integralerne 3, 3 og 2, og opsplitningen.

NoteEksempel: forudsig spektret af butanon

Butanon har formlen CH3−CO−CH2−CH3. Forudsig antallet af signaler og det kemiske skift, integralet og opsplitningen for hvert signal.

Grupperne

Molekylet har tre slags hydrogenatomer: en methylgruppe ved siden af C=O, en CH2-gruppe ved siden af C=O og en methylgruppe for enden af kæden. Der er 3 signaler.

Forudsigelsen

Gruppe δ i ppm Integral Nabo-H Opsplitning
CH3−CO 2,0 til 2,6 3 H 0 singlet
CO−CH2 2,0 til 2,6 2 H 3 kvartet
CH2−CH3 0,8 til 1,0 3 H 2 triplet

Kommentar

To af signalerne ligger i samme område, 2,0 til 2,6 ppm. De kan kendes fra hinanden på integral og opsplitning: singletten med 3 H er methylgruppen, og kvartetten med 2 H er CH2-gruppen.

VigtigtTil den skriftlige prøve
  • Skriv for hvert signal både opsplitningen og antallet af nabo-hydrogenatomer.
  • Brug navnene singlet, dublet, triplet og kvartet.
  • Sig ikke kun, at et signal er en triplet. Skriv, hvilken nabogruppe der giver opsplitningen.
  • Led efter ethylgruppens triplet og kvartet som det første.
NoteKort sagt
  • Hydrogenatomer på nabocarbonatomet splitter et signal op i flere linjer.
  • n nabo-hydrogenatomer giver n + 1 linjer.
  • Opsplitningen fortæller om naboerne, og integralet fortæller om gruppen selv.
  • Ens hydrogenatomer kobler ikke med hinanden, og kobling går ikke hen over et oxygenatom eller en carbonylgruppe.
  • En triplet med 3 H og en kvartet med 2 H er en ethylgruppe.